CN112523006B - 一种二次浸渍制备高密度陶瓷纤维板的方法 - Google Patents

一种二次浸渍制备高密度陶瓷纤维板的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种二次浸渍制备高密度陶瓷纤维板的方法，包括以下步骤：S1)将陶瓷纤维、有机结合剂、絮凝剂分散于水中，采用真空吸滤或长网抄取方式成型，得到湿坯a，将湿坯a干燥至含水率低于10％，得到湿坯b；S2)将湿坯b在浸渍液A中进行第一次浸渍，干燥至含水率低于5％，得到湿坯c；S3)将湿坯c在浸渍液B中进行第二次浸渍，干燥后得到高密度陶瓷纤维板。本发明通过二次浸渍，并控制第一次浸渍和第二次浸渍前经过干燥的湿坯的含水率，以提高浸渍的效果，使浸渍液与陶瓷纤维之间能够很好地结合。制备得到的高密度陶瓷纤维板，其密度和强度成倍提高，密度可达到1300kg/m3，耐压强度可达到15MPa以上。

Description

一种二次浸渍制备高密度陶瓷纤维板的方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种二次浸渍制备高密度陶瓷纤维板的方法。
背景技术
普通陶瓷纤维板纤维含量高，具有轻质、抗热震等特点，广泛应用于各种窑炉背衬，但其强度低，长期使用易脱落。
在一些特定领域，往往需要更高强度和密度的陶瓷纤维板，而现有高密度陶瓷纤维板的密度为600～1000kg/m3，耐压强度为≤10MPa，不能满足应用需求，因而需要密度和强度更高的陶瓷纤维板。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种二次浸渍制备高密度陶瓷纤维板的方法，制备的陶瓷纤维板具有较高的密度和强度。
为达到上述目的，本发明提供了一种二次浸渍制备高密度陶瓷纤维板的方法，包括以下步骤：
S1)将陶瓷纤维、有机结合剂、絮凝剂分散于水中，采用真空吸滤或长网抄取方式成型，得到湿坯a，将湿坯a干燥至含水率低于10％，得到湿坯b；
S2)将湿坯b在浸渍液A中进行第一次浸渍，干燥至含水率低于5％，得到湿坯c；
S3)将湿坯c在浸渍液B中进行第二次浸渍，干燥后得到高密度陶瓷纤维板。
本发明优选的，所述陶瓷纤维选自硅酸铝纤维、含铬陶瓷纤维、含锆陶瓷纤维和可溶陶瓷纤维中的一种或多种。
当所述陶瓷纤维选自硅酸铝纤维、含铬陶瓷纤维、含锆陶瓷纤维和可溶陶瓷纤维中的多种时，本发明对各组分比例并无特殊限定，本领域技术人员可以自行调整。
本发明优选的，先对陶瓷纤维进行打浆处理。
本发明对所述打浆的方法并无特殊限定，可以为本领域技术人员熟知的打浆方法。本发明优选的，将陶瓷纤维加入打浆机中进行打浆。
所述打浆的时间优选为10～60min。
本发明优选的，将陶瓷纤维打浆后的浆液浓度为10wt％～20wt％。具体可为10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％、20wt％，或者以上述数值为上限或下限的任意范围值。本发明优选的，打浆时只对陶瓷纤维进行打浆，然后加入水进行配浆，优选的，配浆至陶瓷纤维浓度为1wt％～10wt％。
然后将打浆处理后的料浆输送至配浆罐中，加入有机结合剂，混合均匀。
然后在混合后的物料中加入絮凝剂，使所有物料絮凝到一起，使水变清澈，即完成将陶瓷纤维、有机结合剂、絮凝剂分散于水中的操作。
本发明优选的，所述有机结合剂选自预糊化淀粉、丙烯酸乳液或苯丙乳液。
本发明优选的，所述絮凝剂选自聚丙烯酰胺、聚合氯化铝或硫酸铝。
本发明优选的，在使用时将絮凝剂配制为水溶液，所述水溶液的浓度优选为0.5wt％～3wt％。
本发明优选的，所述陶瓷纤维、有机结合剂、絮凝剂的重量比为(5～10):(0.1～1.0):(0.01～0.05)，更优选为(6～8)：(0.3～0.7)：(0.02～0.04)。
然后将絮凝好的浆料，通过真空吸滤或长网抄取成型，得到湿坯a。
本发明对所述真空吸滤或长网抄取的成型方式并无特殊限定，可以为本领域技术人员熟知的真空吸滤或长网抄取方式。
本发明优选的，所述湿坯a的厚度为30～120mm，更优选为60～70mm。
将湿坯a输送至干燥室内进行干燥，干燥为含水率低于10％的湿坯b。
更优选的，干燥为含水率7％～9.5％的湿坯b。在本发明的一些具体实施例中，干燥为含水率为7％、8％或9.5％的湿坯b，或以上述任意数值为端点值的区间。
本发明优选的，所述步骤S1)中干燥的温度为90～200℃，干燥的时间为3～24h。
然后将湿坯b在浸渍液A中进行第一次浸渍。
本发明优选的，所述浸渍液A通过将无机结合剂、分散剂、填料在水中分散均匀制备得到。
本发明优选的，所述无机结合剂选自硅溶胶或铝溶胶。
本发明优选的，所述硅溶胶浓度为10wt％～40wt％。具体可为10wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％，或以上述任意数值为上限或下限的范围值。
本发明优选的，所述铝溶胶为固体粉末。
本发明优选的，所述分散剂选自聚羧酸钠盐或丙烯酸钠盐。
本发明优选的，所述填料选自硅微粉、氧化铝粉、锆英粉、碳化硅、二氧化钛、莫来石粉料中的一种或多种的组合。
当所述填料为组合物时，本发明对各组分比例不做限定，可以根据本领域技术人员熟知的填料组合自行调整。
本发明优选的，所述水、无机结合剂、分散剂、填料的重量比为(100～1000)：(30～70)：(0.1～5)：(20～60)，更优选为(300～700)：(40～60)：(0.5～2)：(30～50)。
上述比例中，无机结合剂按照固含量计算。
本发明优选的，所述第一次浸渍后还包括：
对第一次浸渍后的湿坯b进行抽真空压制，压制至湿坯b厚度的30％～60％。
然后进行干燥，干燥至含水率低于5％，得到湿坯c。
更优选的，干燥至含水率为4.5％～4.8％的湿坯c。在本发明的一些具体实施例中，干燥至含水率为4.5％或4.8％的湿坯c。
本发明优选的，所述步骤S2)中干燥的温度为90～150℃，干燥的时间为2～24h。
然后将湿坯c在浸渍液B中进行第二次浸渍。
本发明优选的，所述浸渍液B选自硅溶胶溶液或铝溶胶溶液。
所述硅溶胶溶液或铝溶胶溶液的浓度优选为10wt％～30wt％。具体可为10wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％，或以上述任意数值为上限或下限的范围值。
本发明通过浸渍液B的浸渍，可以进一步提高浸渍液与陶瓷纤维之间的结合，使制品的强度更高。
本发明优选的，第二次浸渍后还包括：
真空抽滤脱除多余浸渍液B。
然后将第二次浸渍后的湿坯c输送至干燥设备内进行干燥，干燥完成后加工为产品，得到高密度陶瓷纤维板。
本发明优选的，所述步骤S3)中干燥的温度为90～130℃，干燥的时间为1～12h。
与现有技术相比，本发明提供了一种二次浸渍制备高密度陶瓷纤维板的方法，包括以下步骤：S1)将陶瓷纤维、有机结合剂、絮凝剂分散于水中，采用真空吸滤或长网抄取方式成型，得到湿坯a，将湿坯a干燥至含水率低于10％，得到湿坯b；S2)将湿坯b在浸渍液A中进行第一次浸渍，干燥至含水率低于5％，得到湿坯c；S3)将湿坯c在浸渍液B中进行第二次浸渍，干燥后得到高密度陶瓷纤维板。本发明通过二次浸渍，并控制第一次浸渍和第二次浸渍前经过干燥的湿坯的含水率，以提高浸渍的效果，使浸渍液与陶瓷纤维之间能够很好地结合。制备得到的高密度陶瓷纤维板与现有高密度陶瓷纤维板相比，具有密度更大、强度更高的优点，其密度和强度成倍提高，密度可达到1300kg/m3，耐压强度可达到15MPa以上。同时，采用二次浸渍的方式，陶瓷纤维不需进行预先的短切过程。在实际应用过程中，可根据使用需求，调整浸渍液A的组成，从而制得不同功能的产品，与常规的高密度陶瓷纤维板相比，适用范围更广。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的二次浸渍制备高密度陶瓷纤维板的方法进行详细描述。
实施例1
(1)往200kg水中加入30％硅溶胶120kg、聚羧酸钠盐1kg、氧化铝粉30kg，分散均匀，制成浸渍液A备用。
(2)将高铝硅酸铝纤维60kg，加入打浆机中进行打浆，打浆时间50min。打浆后的浆液浓度为10wt％。
(3)将步骤(2)中料浆输送至配浆罐中，加入预糊化淀粉5kg，混合均匀。
(4)往步骤(3)料浆中，加入1wt％聚丙烯酰胺溶液20kg，使所有物料絮凝到一起，使水变清澈。
(5)将絮凝好的浆料，通过真空吸滤成型，湿坯a厚度为60mm，输送至干燥室内进行干燥，干燥为含水率8％的湿坯b。
(6)将湿坯b输送至浸渍液A中，进行浸渍，然后抽真空压制，压制至湿坯b厚度为32mm，干燥，含水率为4.8％，进行二次浸渍，浸入30％硅溶胶溶液中，真空抽滤后，输送至干燥设备内进行干燥，干燥完成后加工为产品。
采用二次浸渍制备的高密度陶瓷纤维板，其体积密度为1000kg/m3，耐压强度为13MPa，其导热系数为0.15W/(m·k)。
实施例2
(1)往3000kg水中加入铝溶胶300kg、聚羧酸钠盐5kg、氧化铝粉200kg、二氧化钛100kg分散均匀，制成浸渍液A备用。
(2)将含锆陶瓷纤维300kg，加入打浆机中进行打浆，打浆时间50min。打浆后的浆液浓度为15wt％。
(3)将步骤(2)中料浆输送至配浆罐中，加入丙烯酸乳液30kg，混合均匀。
(4)往步骤(3)料浆中，加入1wt％聚丙烯酰胺溶液70kg，使所有物料絮凝到一起，使水变清澈。
(5)将絮凝好的浆料，通过长网抄取成型，湿坯a厚度为70mm，输送至干燥室内进行干燥，干燥为含水率9.5％的湿坯b。
(6)将湿坯b输送至浸渍液A中，进行浸渍，然后抽真空压制，压制至湿坯b厚度为25mm，干燥，含水率为4.5％，进行二次浸渍，浸入15％铝溶胶溶液中，真空抽滤后，输送至干燥设备内进行干燥，干燥完成后加工为产品。
采用二次浸渍制备的高密度陶瓷纤维板，其体积密度为1200kg/m3，耐压强度为15MPa，其导热系数为0.16W/(m·k)。
实施例3
(1)往200kg水中加入30％硅溶胶200kg、聚羧酸钠盐1kg、氧化铝粉50kg，分散均匀，制成浸渍液A备用。
(2)将含锆陶瓷纤维60kg，加入打浆机中进行打浆，打浆时间50min。打浆后的浆液浓度为12wt％。
(3)将步骤(2)中料浆输送至配浆罐中，加入预糊化淀粉6kg，混合均匀。
(4)往步骤(3)料浆中，加入1wt％聚丙烯酰胺溶液25kg，使所有物料絮凝到一起，使水变清澈。
(5)将絮凝好的浆料，通过真空吸滤成型，湿坯a厚度为60mm，输送至干燥室内进行干燥，干燥为含水率7％的湿坯b。
(6)将湿坯b输送至浸渍液A中，进行浸渍，然后抽真空压制，压制至湿坯b厚度为32mm，干燥，含水率为4.5％，进行二次浸渍，浸入30％硅溶胶溶液中，真空抽滤后，输送至干燥设备内进行干燥，干燥完成后加工为产品。
采用二次浸渍制备的高密度陶瓷纤维板，其体积密度为1300kg/m3，耐压强度为15MPa，其导热系数为0.17W/(m·k)
对比例1：
(1)往200kg水中加入30％硅溶胶120kg、聚羧酸钠盐1kg、氧化铝粉30kg，分散均匀，制成浸渍液A备用。
(2)将高铝硅酸铝纤维60kg，加入打浆机中进行打浆，打浆时间50min。
(3)将步骤(2)中料浆输送至配浆罐中，加入预糊化淀粉5kg，混合均匀。
(4)往步骤(3)料浆中，加入1wt％聚丙烯酰胺溶液20kg，使所有物料絮凝到一起，使水变清澈。
(5)将絮凝好的浆料，通过真空吸滤成型，湿坯a厚度为60mm，输送至干燥室内进行干燥，干燥为含水率8％的湿坯b。
(6)将湿坯b输送至浸渍液A中，进行浸渍，然后抽真空压制，压制至湿坯b厚度为32mm，输送至干燥设备内进行干燥，干燥完成后加工为产品。
采用一次浸渍制备的高密度陶瓷纤维板，其体积密度为900kg/m3，耐压强度为7MPa。
对比例2
(1)将高铝硅酸铝纤维60kg，加入打浆机中进行打浆，打浆时间50min。
(2)将步骤(1)中料浆输送至配浆罐中，加入预糊化淀粉5kg，混合均匀。
(3)往步骤(2)料浆中，加入1wt％聚丙烯酰胺溶液20kg，使所有物料絮凝到一起，使水变清澈。
(4)将絮凝好的浆料，通过真空吸滤成型，湿坯a厚度为60mm，输送至干燥室内进行干燥，干燥为含水率4.8％的湿坯b。
(6)将湿坯b输送至浸渍液B中，进行浸渍，然后抽真空压制，压制至湿坯b厚度为32mm，输送至干燥设备内进行干燥，干燥完成后加工为产品。
采用一次浸渍制备的高密度陶瓷纤维板，其体积密度为800kg/m3，耐压强度为5MPa。
对比例3
(1)往200kg水中加入30％硅溶胶120kg、聚羧酸钠盐1kg、氧化铝粉30kg，分散均匀，制成浸渍液A备用。
(2)将高铝硅酸铝纤维60kg，加入打浆机中进行打浆，打浆时间50min。
(3)将步骤(2)中料浆输送至配浆罐中，加入预糊化淀粉5kg，混合均匀。
(4)往步骤(3)料浆中，加入1wt％聚丙烯酰胺溶液20kg，使所有物料絮凝到一起，使水变清澈。
(5)将絮凝好的浆料，通过真空吸滤成型，湿坯a厚度为60mm，输送至干燥室内进行干燥，干燥为含水率20％的湿坯b。
(6)将湿坯b输送至浸渍液A中，进行浸渍，然后抽真空压制，压制至湿坯b厚度为32mm，干燥，含水率为10％，进行二次浸渍，浸入30％硅溶胶溶液中，真空抽滤后，输送至干燥设备内进行干燥，干燥完成后加工为产品。
采用二次浸渍制备的高密度陶瓷纤维板，其体积密度为1000kg/m3，耐压强度为10MPa。
由上述实施例及比较例可知，本发明通过二次浸渍的方式以及特定的湿坯含水率，最大限度的提高了高密度陶瓷纤维板的密度和强度。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种二次浸渍制备高密度陶瓷纤维板的方法，包括以下步骤：
S1)将陶瓷纤维、有机结合剂、絮凝剂分散于水中，采用真空吸滤或长网抄取方式成型，得到湿坯a，将湿坯a干燥至含水率低于10％，得到湿坯b；
S2)将湿坯b在浸渍液A中进行第一次浸渍，干燥至含水率低于5％，得到湿坯c；
S3)将湿坯c在浸渍液B中进行第二次浸渍，干燥后得到高密度陶瓷纤维板。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机结合剂选自预糊化淀粉、丙烯酸乳液或苯丙乳液；
所述絮凝剂选自聚丙烯酰胺、聚合氯化铝或硫酸铝。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷纤维、有机结合剂、絮凝剂的重量比为(5～10):(0.1～1.0):(0.01～0.05)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸渍液A通过将无机结合剂、分散剂、填料在水中分散均匀制备得到；
所述无机结合剂选自硅溶胶或铝溶胶；
所述分散剂选自聚羧酸钠盐或丙烯酸钠盐；
所述填料选自硅微粉、氧化铝粉、锆英粉、碳化硅、二氧化钛、莫来石粉料中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述水、无机结合剂、分散剂、填料的重量比为(100～1000)：(30～70)：(0.1～5)：(20～60)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸渍液B选自硅溶胶溶液或铝溶胶溶液。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述湿坯a厚度为30～120mm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一次浸渍后还包括：
对第一次浸渍后的湿坯b进行抽真空压制，压制至湿坯b厚度的30％～60％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1)中干燥的温度为90～200℃，干燥的时间为3～24h；
所述步骤S2)中干燥的温度为90～150℃，干燥的时间为2～24h；
所述步骤S3)中干燥的温度为90～130℃，干燥的时间为1～12h。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷纤维选自硅酸铝纤维、含铬陶瓷纤维、含锆陶瓷纤维和可溶陶瓷纤维中的一种或多种。
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